Huragany w kosmosie? Zobacz, jak Hubble ujawnił ekstremalne warunki pogodowe na odległej planecie

Burzowa pogoda widoczna dla „gorącego Jowisza”

the JowiszPlaneta wielkości WASP-121 b nie jest miejscem, które można nazwać domem. Po pierwsze, orbituje w pobliżu gwiazdy jaśniejszej i gorętszej od Słońca. Planeta znajduje się tak niebezpiecznie blisko swojej gwiazdy, że w jej górnej atmosferze panuje temperatura 3400 stopni F – Gorętszy niż piec stalowy.

Strumień promieniowania ultrafioletowego pochodzącego z gwiazdy macierzystej podgrzewa górne warstwy atmosfery planety, powodując ucieczkę gazów magnezowych i żelaznych w przestrzeń kosmiczną. Silne grawitacyjne siły pływowe pochodzące od gwiazdy zmieniły kształt planety, dzięki czemu przypomina ona bardziej kształt piłki nożnej. Łącząc kilka lat Kosmiczny teleskop Hubble Dzięki obserwacjom z wykorzystaniem modelowania komputerowego astronomowie znaleźli dowody na istnienie potężnych huraganów wirujących nad piekielną planetą. Tornada są często tworzone i niszczone przez dużą różnicę temperatur między stroną zwróconą w stronę gwiazd a ciemną, nocną stroną planety. Egzoplaneta.

To artystyczna koncepcja egzoplanety WASP-121b, znanej również jako Tylos. Wygląd egzoplanety opiera się na danych z symulacji obiektu wykonanej przez Hubble'a. Korzystając z obserwacji Hubble'a, inny zespół naukowców doniósł już wcześniej o odkryciu metali ciężkich, takich jak magnez i żelazo, uciekających z górnych warstw atmosfery niezwykle gorącej egzoplanety Jowisza; Oznaczenie go jako pierwszego tego typu odkrycia. Egzoplaneta krąży niebezpiecznie blisko swojej gwiazdy macierzystej, w przybliżeniu 2,6% odległości między Ziemią a Słońcem, co naraża ją na rozerwanie przez siły pływowe gwiazdy. Silne siły grawitacyjne zmieniły kształt planety. Zdjęcia: NASA, ESA, Quentin Changat (ESA/STScI), Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

Kosmiczny Teleskop Hubble'a obserwuje zmiany w atmosferze egzoplanety na przestrzeni 3 lat

Łącząc kilkuletnie obserwacje z NASAKorzystając z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a i modelowania komputerowego, astronomowie znaleźli dowody na masywne huragany i inną dynamiczną aktywność pogodową wirującą na gorącej planecie wielkości Jowisza, oddalonej o 880 lat świetlnych.

Planeta zwana WASP-121 b nie nadaje się do zamieszkania. Jednak wynik ten stanowi ważny, wczesny krok w badaniu wzorców pogodowych na odległych światach i być może ostatecznym znalezieniu nadających się do zamieszkania egzoplanet o stabilnym, długotrwałym klimacie.

W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci szczegółowe obserwacje teleskopowe i kosmiczne sąsiadujących planet w naszym Układzie Słonecznym wykazały, że ich burzliwe atmosfery nie są statyczne, ale stale się zmieniają, podobnie jak pogoda na Ziemi. Ta rozbieżność powinna dotyczyć także planet krążących wokół innych gwiazd. Aby jednak zmierzyć takie zmiany, potrzeba dużo szczegółowego monitorowania i modelowania obliczeniowego.

Przełom w obserwacjach pogody pozasłonecznej

Aby dokonać tego odkrycia, międzynarodowy zespół astronomów skompilował i ponownie przetworzył obserwacje WASP-121 b wykonane przez Hubble'a w latach 2016, 2018 i 2019.

Odkryli, że planeta ma dynamiczną atmosferę, która zmienia się w czasie. Zespół wykorzystał wyrafinowane techniki modelowania, aby udowodnić, że te dramatyczne różnice w czasie można wyjaśnić wzorcami pogodowymi w atmosferze egzoplanety.

Ta wizualizacja przedstawia prognozy temperatury na 130 dni egzoplanetowych, w czasie wschodu, południa, zachodu słońca i północy, dla egzoplanety WASP-121 b, znanej również jako Tylos. Jaśniejsze żółte obszary przedstawiają obszary dziennej strony egzoplanety, gdzie temperatura wzrasta powyżej 2100 stopni Kelvina (3320 stopni Fahrenheita); Ze względu na bliskość gwiazdy macierzystej, około 2,6% odległości między Ziemią a Słońcem. Ze względu na ekstremalną różnicę temperatur między stroną dzienną i nocną astronomowie podejrzewają, że odparowane żelazo i inne metale ciężkie, które przedostają się do górnych warstw atmosfery po stronie dziennej, są częściowo datowane wstecz na dolne warstwy, powodując, że w nocy pada żelazo. Niektóre metale ciężkie również uciekają grawitacji planety z górnych warstw atmosfery. Zdjęcia: NASA, ESA, Quentin Changat (ESA/STScI), Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

Zespół odkrył, że atmosfera WASP-121b wykazuje zauważalne różnice pomiędzy obserwacjami. Jeszcze bardziej interesujące jest to, że mogą występować ogromne fronty pogodowe, ogromne burze i huragany, które powstają i niszczą się wielokrotnie z powodu dużej różnicy temperatur pomiędzy stroną zwróconą w stronę gwiazdy a ciemną stroną egzoplanety. Zaobserwowali także wyraźne przesunięcie pomiędzy najgorętszym obszarem egzoplanety a punktem położonym najbliżej gwiazdy na planecie, a także zmiany w składzie chemicznym atmosfery egzoplanety (mierzone za pomocą spektroskopii).

Zespół doszedł do tych wniosków, korzystając z modeli obliczeniowych, które pomogły wyjaśnić zaobserwowane zmiany w atmosferze egzoplanety. „Niezwykła szczegółowość symulacji atmosfery egzoplanetarnej pozwala nam dokładnie modelować pogodę na bardzo gorących planetach, takich jak WASP-121 b” – wyjaśnił Jack Skinner, doktorant w California Institute of Technology w Pasadenie w Kalifornii i współkierownik. Z tego badania. „Tutaj robimy ważny krok naprzód, łącząc ograniczenia obserwacyjne z symulacjami atmosferycznymi, aby zrozumieć zmienną w czasie pogodę na tych planetach”.

„To bardzo ekscytujący wynik, ponieważ posuwamy się naprzód w obserwacji wzorców pogodowych na egzoplanetach” – powiedział Quentin Changat, jeden z głównych badaczy zespołu. Europejska Agencja Kosmiczna Pracownik naukowy w Space Telescope Science Institute w Baltimore w stanie Maryland. „Badanie pogody egzoplanetarnej jest niezbędne do zrozumienia złożoności atmosfer egzoplanetarnych na innych światach, szczególnie w poszukiwaniu egzoplanet z warunkami nadającymi się do zamieszkania”.

Ta wizualizacja przedstawia układy pogodowe na egzoplanecie WASP-121 b, znanej również jako Tylos. Ten film został spowolniony, aby bardziej szczegółowo obserwować wzorce w atmosferze egzoplanety. Zdjęcia: NASA, ESA, Quentin Changat (ESA/STScI), Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

WASP-121 b: Studium przypadku w atmosferach pozasłonecznych

WASP-121 b znajduje się tak blisko swojej gwiazdy macierzystej, że jej okres obiegu wynosi zaledwie 1,27 dnia. Ta bliskość oznacza, że ​​planeta jest zsynchronizowana pływowo, tak że jedna półkula zawsze jest zwrócona w stronę gwiazdy, w taki sam sposób, w jaki nasz Księżyc zawsze ma tę samą stronę zwróconą w stronę Ziemi. Temperatury w ciągu dnia po stronie planety zwróconej w stronę gwiazd zbliżają się do 2150°K.

Zespół wykorzystał cztery zestawy archiwalnych obserwacji Hubble'a WASP-121b. Pełny zestaw danych obejmował obserwacje WASP-121 b przechodzącego przed swoją gwiazdą (wykonane w czerwcu 2016 r.); WASP-121 b przechodzi za swoją gwiazdą, znane również jako zaćmienie wtórne (sfotografowane w listopadzie 2016 r.); oraz jasność WASP-121 b jako funkcja kąta fazowego względem gwiazdy (zmienna ilość światła otrzymywanego na Ziemię z egzoplanety krążącej wokół swojej gwiazdy macierzystej, podobnie do cyklu fazowego Księżyca). Dane te wykonano odpowiednio w marcu 2018 r. i lutym 2019 r.

„Połączony zestaw danych reprezentuje znaczną część czasu obserwacji pojedynczej planety i jest obecnie jedynym spójnym zestawem tych powtarzanych obserwacji” – powiedział Changat. Informacje, które uzyskaliśmy z tych obserwacji, wykorzystaliśmy do wywnioskowania składu chemicznego, temperatury i zmętnienia występującego w atmosferze WASP-121 b w różnych momentach. Dzięki temu uzyskaliśmy fascynujący obraz zmian planety na przestrzeni czasu.

Unikalne możliwości Hubble'a są również widoczne w szerokiej gamie programów naukowych, które umożliwi dzięki obserwacjom Cyklu 31, który rozpoczął się 1 grudnia. Około dwie trzecie czasu Hubble'a będzie poświęcone badaniom obrazowym, reszta zaś badaniom spektroskopowym. , takie jak te stosowane w WASP-121 b. Więcej szczegółów na temat kursu 31 Science można znaleźć w: A Ostatnia reklama.

Odniesienie: „Czy atmosfera bardzo gorącego Jowisza WASP-121b jest zmienna?” Quentin Changat, Jack W. Skinner, James Y.K. Zhu, Jonas Natella, Ingo B. Waldmann, Ahmed F. Al-Rifai, Akren Derrick, Billy Edwards, Thomas Mikal Evans, Max Joshua, Giuseppe Murillo, Nour Skaf, Angelos Tsiaras, Olivia Vinot i Kai Ho Yip, 2 stycznia 2023 r., Astrofizyka > Fizyka Ziemi i planet Astrofizyka.
arXiv:2401.01465

Kosmiczny Teleskop Hubble'a to projekt międzynarodowej współpracy NASA i Europejskiej Agencji Kosmicznej. Teleskop obsługuje Centrum Lotów Kosmicznych im. Goddarda w Greenbelt w stanie Maryland. Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznych (STScI) w Baltimore w stanie Maryland prowadzi operacje naukowe na Hubble'u i Webbie. STScI jest obsługiwany dla NASA przez Stowarzyszenie Uniwersytetów Badań nad Astronomią w Waszyngtonie